Инфокоммуникационные технологии и системы. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
About the problems of the research of organisms interaction with the microwave radiation
Статья научная
The analysis of the main problems of studies of the organisms interaction with electromagnetic radiation in the microwave range is submitted. The controversial approach to assessing the role of microwave radiations of artificial origin for organisms is noted. One group of scientists considers these radiations as potentially dangerous to an organism, and the other group claims that under certain conditions they can be used in the medical purposes. The specified contradiction is eliminated by using exogenous approach to assessing the role of electromagnetic radiation in wildlife. In this regard in the article the operating role in the wildlife of the Sun microwave radiation reaching the surface of the Earth and the need for its simulation devices for reducing the negative impact on organisms of electromagnetic pollution is proved. The main results of microbiological studies using the developed hardware and software for simulation of the Sun microwave radiation in the superhigh-frequency range of wavelengths.
Бесплатно
Development of a multilayered hybrid power divider
Статья научная
The paper proves a real possibility of designing the microwave electronic devices based on multilayer structures. The advantages of such design compared with a traditional application of the microstrip lines are demonstrated by an example of a hybrid microwave power divider (hybrid ring). The calculations of a multistructure-based hybrid ring presented in the paper allow forecasting a substantial decrease of the weight and size parameters for the microwave electronic devices. That provides their wide application in mobile and small-sized radio systems with a microwave informational channel. The weight and size problem is especially relevant for the devices like the various mobile on-board radars. This makes it possible to predict scientific and industrial relevance of the development.
Бесплатно
Статья научная
Introduction. The basic theoretical information on measuring systems in radar is presented, an analysis is performed to determine the errors of direction finders, and calculation expressions are found to determine the magnitude of the direction-finding errors by a single-pulse method in the Fresnel zone of a linear receiver antenna array caused by the combined action of the internal noise of the radio direction finder receiver and the angular noise of extended reflective interference. Purpose of the study. To consider the influence on the magnitude of the errors of direction finding together of the levels of the side lobes of both the differential and total directivity characteristics of the receiving antenna of the radio direction finder in the Fresnel zone. Materials and methods. Approaches for determining the magnitude of direction-finding errors are a generalization to the Fresnel zone of the known result of calculating the error during operation of a monopulse direction finder in the far zone of the receiving antenna. Results. The influence of the angular size and the distance size of a multi-point reflector on the magnitude of direction-finding errors by a single-pulse method in the Fresnel zone of a receiving linear antenna array of a radio angular system is investigated. Conclusion. Theoretical methods of measurement in radar are considered and it is shown that expanding the functionality to ensure high accuracy of measuring an information parameter will improve the accuracy of determining errors in direction finding systems.
Бесплатно
Evaluation of the radiation patterns of aircraft slot antennas using iterative techniques
Статья научная
The rigorous electromagnetic formulation of the problem to define the pattern of slot antennas mounted on aircraft is used Fredholm’s integral equation of II kind. For calculation of the slot antenna far-field pattern on perpendicular plane to aircraft axis is used an asymptotic correspondence of 3D and 2D problems in antenna engineering. We assume that slot antenna axis is parallel to aircraft axis. It is shown such correspondence is increasing the abilities of modeling the radiation pattern of slot antennas and arrays. High-precision Gauss quadrature formulas is used for matrix elements calculation. Turn from direct numerical tecniques of the integral equation solving to iterative procedures requires preliminary analysis of the using methods, especially for convergence of large-scale problems. On the base of multiple numerical experience for solving some widely-known test poblems we defined the most methods for solving such problems - conjugate gradients squared method and generalized minimum residual method. Numerical result shows that patterns of the aircraft slot antennas have a large number of directional s.
Бесплатно
Information measuring system for correction of working memory parameters in the learning processes
Статья научная
This paper presents the results of a system analysis of the information-measuring system (IMS) for correction of the working memory parameters of subjects during the learning process, in which the neuroplasticity of the brain is triggered by stimulating the nerve formations of the neck of a spatially distributed field of voltage impulses, the target of stimulation is the cervical ganglia of the sympathetic nervous system, control of functional changes in the body is carried out according to changes in the parameters of the blood supply system, and psychometric tests are used to assess working memory parameters. Aim. Development of IMS, using neuroelectrostimulation of peripheral nerve formations of the neck for correction of working memory parameters in the learning process. Materials and methods. The study involved 65 subjects, divided by randomization into experimental, control and placebo groups. Working memory parameters were assessed using the dual 2-back test, and the functional state was assessed using heart rate variability (HRV) analysis. Results. The results of the study showed that the proposed structure of the IMS and the method of correction working memory allow to improve the working memory parameters and normalize state of the autonomic nervous system after three correction procedures. The obtained test results practically do not change and are saved after 2 months. Conclusion. IMS, which provides multichannel neuroelectrostimulation of peripheral nerve formations in the neck, is effective for correction of cognitive skills, which is important for solving problems in the field of education.
Бесплатно
Статья научная
The development of public transport in cities is an effective way to reduce “congestion” in the road network and, as a result, increase the speed of passenger transportation. Improving the quality of urban bus services helps attract more passengers. Bus intervals are calculated once for each route line individually, based on the average congestion of passengers at the stops. In turn, the sudden accumulation of a large number of passengers at bus stops causes that not all passengers can move in a timely manner, which causes concern for passengers. This is one of the factors that reduces the quality of passenger transport services. The aim of the study is to develop a model for predicting the congestion of passengers at bus stops to optimize traffic management of urban public transport. Materials and methods. This article presents a neural network model for predicting passenger congestion at bus stops. It takes into account the spatio-temporal characteristics of bus traffic. Results. The developed model for predicting passenger congestion at bus stops was tested on real data from bus route 3 (Dushanbe, Tajikistan). The model made it possible to predict passenger traffic (the number of passengers at bus stops) with an accuracy of 72% to 74.5% of the actual number of passengers at bus stops. Conclusion. The proposed method, in contrast to other methods, allows you to automatically adapt the forecasting model to the changing conditions of the route line. This method is universal and can be used for other route lines (bus stops). It does not require much time to reconfigure.
Бесплатно
Opto-ultrasonic communication channels
Статья научная
Introduction. Ultrasound is widely used in various applications, such as monitoring the state of structures, biomedical ultrasound imaging, and information (data) transmission. Ultrasonic transceivers are one of the modern communication systems, both for short-range and remote access. Indeed, the technology of the process of transmitting information using communication channels based on ultrasonic (US) vibrations and the physical implementation of transmission using optical fiber are widely used in conditions of confidentiality of data processing. At the same time, the needs of wireless and wired communication demanded the development of more advanced applications (software, hardware solutions). In particular, new challenges have arisen requiring transceivers to have high frequency, wide bandwidth and compact size. Aim. Consider the “technology - opto-ultrasonic” approach used in data transmission and reception channels. This technology involves the generation of ultrasound by a pulse using the optical-acoustic effect, followed by the reception and processing of ultrasonic vibrations. Optical ultrasonic transceivers based on the photo-acoustic (US) principle of operation have great potential, in particular, to obtain the necessary: (super high) frequency of the transmitted signal; wide bandwidth (speed); ease of use as transceivers; low manufacturing cost. Materials and methods. Various methods of spectral analysis (Fourier and Wavelet) have been investigated to ensure the achievement of the above goal. Results. Compared to traditional technologies of information reception and transmission, optical ultrasonic transceivers provide high-frequency communication, wide bandwidth and compact size. Conclusion. The paper investigates the methods of spectral analysis (Fourier and Wavelet) and proposes, based on these studies, possible options for the implementation of optical ultrasonic transceivers that can generate ultrasonic pulses with a duration on a nanosecond scale using an ultrafast laser and receive confidential data with a high degree of security. At the same time, by combining the principle of generating photo-acoustic ultrasound with the use of optical fiber, it is possible to obtain compact and inexpensive ultrasonic transceivers.
Бесплатно
Spectrum transformation of an amplitude-modulated signal on an Ohmic nonlinear element
Статья научная
Introduction. In many physical processes, the spectrum of the modulated signal is transferred to the low-frequency region, which also manifests itself in active dielectrics in radio sound. In the general case, the analysis of the spectrum transformation process is a very difficult task related with solving a system of nonlinear differential equations. And in the accepted form, the principle of superposition is not applicable here, since the parameters of the output signal cannot be determined by algebraic summation of the signals received separately from each source. The spectrum of an input amplitude-modulated signal is nonlinearly related to the spectrum at the output. Aim. The conversion of the current spectrum under supplying an amplitude-modulated voltage to an active non-linear element with a non-linear current-voltage characteristic is considered. Materials and methods. In the analysis of the spectral transformation, a power approximation of the current-voltage characteristic in the form of a polynomial of the third degree with trigonometric functions is used. In the examples, spectrum transformations for a mono signal, amplitude-modulated signal, and beats are considered. Application of amplitude modulation methods is essential for transferring the spectrum of the signal to the low frequency region. Results. A graphical representation of the dependence of the current function on time for an AM signal and beats, as well as their spectral representation, is given. Conclusion. The paper analyzes the transformation of the signal spectrum for the current when applying any, but amplitude-modulated voltage on the ohmic nonlinear element. The carrier signal is represented as a harmonic trigonometric function of the cosine of the current time. However, signal spectrum conversion has not related with detection.
Бесплатно
Статья научная
The method of the spectral analysis on the plane of complex frequencies with use of the Proni procedure and also a graphic form of its representation is offered. In physiological studies and in assessing the functional state is very important to data analysis of physiological signals as oscillatory processes. In this widely accepted model of the oscillatory process is the representation of the process under study through the superposition (sum) of sinusoidal periodic processes, each of which is constant in time amplitude, frequency and initial phase. The calculated set of raw signal parameters harmonic sets the range of the investigated process. It should be noted that physiological signals in the General case, represent highly organized in time oscillations. Therefore, in the literature, physiological processes are mostly treated as random processes. In this case, as a measure of the distribution of the frequency of oscillatory activity of FS use a statistical evaluation of the power spectral density (PSD) of a signal, which reflects the dependence of the distribution of the average power (oscillatory activity) of the signal frequency.
Бесплатно
The statistical accuracy of the power spectrum of the signal of heart rate variability
Статья научная
Currently, spectral analysis occupies an important place among the various methods of investigation of heart rate variability. The result of the spectral analysis is a spectral power density of the study of heart rate variability, which serves as an indicator of the various mechanisms of regulation of the cardiovascular system. A common classical nonparametric method for calculating the spectral power density is the Welch periodogram method, with its underlying fast Fourier transform procedure. This method calculates and then averages a set of spectra obtained from time-sequentially shifted segments of the initial dependence of heart rate variability. The resulting dependence of the spectral power density of the signal is a statistical estimate and characterizes the dependence of the distribution of the average power of the signal from the frequency. With this approach, the analyzed dependence of heart rate variability is considered as the realization of some random process. In this case, the amplitude of a peak of the dependence of the spectral power density is not associated with a constant amplitude (or its square) harmonics with a certain frequency and reflects a certain constant rhythm at this frequency, but is associated with the average measure of oscillatory activity (power) analyzed dependence heart rate variability at the frequency under consideration.
Бесплатно
Verification of Kolmogorov equation usability for reproduction and death processes
Статья научная
A simulation is widely used as a basis for decision support systems. Many production systems may be considered as queuing systems if a time of processes more valuable than their physical meaning. Program models realized queuing systems are used in a planning and in optimization targets. But results of program simulation are not suitable for scientific qualification works according to traditions. Analytical conclusions are made using Kolvogorovs’ equations and some models derived from the one usually. But a question about possibility of using them with widespread statistical distributions is not quite explored. In this article we investigate a possibility of using the Kolmogorov's equations on a simple reproduction and death queuing system with some distributions. Numerical data is obtained from program models realized in GPSS and AnyLogic. Theoretical results in comparison with numerical data lead us to a conclusion. The possibility is present only when all statistical distributions in the model are exponential or very close to exponential. Else average error between the theory and the model is above 60%. So far as a small experimental data typical for observations in production systems does not allow to determine own statistical distribution surely, an uniform distribution is accepted as default, and Kolmogorov’s equations could not be used.
Бесплатно
Wavelet-conversion in electrocardio signal processing
Статья научная
In the present work, processing of an electro cardio signal using a wavelet transform is considered. In electrocardiography, various digital signal-processing techniques are used to detect, extract, and analyze the various components of an electrocardiogram. Among them, the wavelet transform technique gives promising results in the analysis of the time-frequency characteristics of the electrocardiogram components. The urgency of solving the problem of improving the quality of life of people with the help of early diagnosis and timely treatment of various cardiac diseases is obvious. The process of automated analysis of a huge database of electrocardiographic data is especially important. Wavelet analysis can be successfully used to smooth and remove noise in the ECG signal. Electrocardiogram signal, cleaned from noise components, looks clearer, while its volume is from 10 to 5% of the original signal, which largely solves the problem of storing cardiac records. Aim. Development of an algorithm for threshold processing of wavelet coefficients and filtering of an electrocardiography signal. Materials and methods. Cardiograms were taken for analysis. Then they were digitized and entered into a computer for processing. A program was written in the MATLAB environment that implements continuous and discrete wavelet transform. Results. The work shows the result of filtering the ECG signal with the addition of noise with a signal-to-noise ratio of 35 and 45 dB using the decomposition levels N = 2, N = 3, N = 4. Conclusion. Based on the analysis of the data obtained, it can be concluded that the second level of decomposition is the most optimal for filtering the ECG signal. With an increase in the level of decomposition, the output ratio decreases, at the level N = 4 the output signal-to-noise almost does not exceed the input one, therefore, the filtering becomes ineffective. The correlation coefficient to the fourth level is significantly reduced, which means a significant increase in the distortion introduced by the filtering algorithm.
Бесплатно
Статья научная
The dipole antenna providing 13 % bandwidth relative to the middle frequency with VSWR lower than 1.15 is presented. Based on the Lorentz's lemma the electrodynamic solution of the boundary problem is found in the paper. Also the principles of developing mathematical and numerical models of the antenna are discussed. The behavior of the rear and imaginary parts of the antenna input impedance and of the standing wave ratio (VSWR) in the feeder in the frequency range, as well as particular qualities of antenna pattern is presented in the paper. The good agreement between the experimental data and the calculated data obtained using a numerical model is shown. It is noted that the antenna is characterized by compactness, mechanical durability and low resistance to airflow. The antenna can be constructed as a tube or as a microstrip implementation.The possibility to provide the antenna matching with the feeder of the predefined impedance of 50 ohms, 75 ohms or another is discussed.
Бесплатно
Алгоритмы конвейерного интервального анализа трафика
Статья научная
Рассматривается модель участка доступа мультисервисной сети оператора связи от магистральной линии до порта абонента. Рассматривается трафик мультисервисной сети на данном участке. Сформулированы проблемы, возникающие при анализе свойств очередей IP-TV видеотрафика стандарта H.264 в реальном времени. Приводится описание интервального метода анализа трафика и предлагается ряд алгоритмов, расширяющих и дополняющих этот метод. Интервальный метод дополняется возможностью анализа реальных потоков трафика заявок произвольной длины. Рассматривается вопрос выбора единицы квантизации длины заявки. За единицу времени обработки заявки в интервальном методе принимается время обработки исходящим каналом 1 КБ данных. Подтверждена справедливость формул интервального метода для расчета дифференциальной интенсивности событий и дифференциального коэффициента загрузки. Рассматривается работа интервального метода с поддержкой пакетов произвольной длины в режиме конвейера реального времени с непрерывно поступающими заявками. Предлагается алгоритм конвейеризации в виде «скользящего окна». Вводится понятие скользящего окна на пространстве временных меток заявок. Рассматривается возможность независимой эволюции границ окна. Алгоритм предусматривает расчет количества заявок на интервалах обслуживания и определение размеров очередей при заданных коэффициентах загрузки. Предложен способ получения указанных величин в аналогичном скользящем окне в зависимости от интервалов обслуживания. В результате приводится алгоритм обратного асинхронного расчета очереди для параллельной обработки скользящего окна с разными значениями коэффициента загрузки. Демонстрируются результаты реализации данных алгоритмов в рамках с работы системы конвейерного интервального анализа трафика на тестовом стенде.
Бесплатно
Анализ и уточнение модели уравнения измерения вихреакустического расходомера
Статья научная
Вихреакустические расходомеры широко применяются в сфере ЖКХ в силу своей малой чувствительности к качеству измеряемой среды. Однако, при малых расходах снижается стабильность процесса вихреобразования, что приводит к увеличению погрешности измерения расхода. В статье приведена модель уравнения измерения вихреакустического расходомера, полученная на основе стандартных экспериментальных испытаний расходомеров двух типов диаметров условного прохода: 32 и 50 мм. По экспериментальным данным, полученным при других режимах испытаний расходомеров, были уточнены коэффициенты модели уравнения измерения и подтверждена адекватность полученной ранее модели уравнения измерения для трех типов расходомеров (в том числе для диаметра 25 мм). В результате проведенных исследований показана принципиальная возможность снижения погрешности измерения на малых расходах с 3 % (паспортные данные) до 0,5 %.
Бесплатно
Анализ межпериодной обработки при нестационарном воздействии пассивной гауссовой помехи
Статья научная
Введение. Адаптивная обработка сигналов в присутствии помех является актуальной задачей для различных радиотехнических систем. Адаптация основана на оптимизации алгоритма обработки в зависимости от параметров помехи, при этом априорно независимые параметры помехи заменяются их оценками в соответствии с методологией адаптивного гауссового подхода. Оценка параметров помехи производится по классифицированной выборке, при этом предполагается стационарность помехи в пределах обучающего окна. Цель исследования. Провести анализ влияния нестационарности помехи на решающую статистику адаптивной межпериодной обработки. Определить зависимость оценки корреляционной матрицы помехи и решающей статистики от положения и интенсивности помехи в обучающем окне. Провести анализ влияния нестационарности помехи на уровень ложных тревог при межпериодной обработке с адаптацией к корреляционной матрице помехи. Выполнить оценку уровня ложных тревог при скачке помехи для последетекторной межпериодной обработки. Материалы и методы. Применение отношения Релея позволяет определить характер изменения решающей статистики межпериодной обработки. В качестве исходных данных используется модель скачкообразного изменения мощности помехи в обучающем окне. Исследуется изменение выборочной матрицы помехи при произвольном расположении скачка помехи и ее влияние на решающую статистику. Результаты. Получено общее выражение для относительного изменения решающей статистики и проведены расчеты для крайних положений помехи в окне. Определены пределы изменения решающей статистики, показано, что максимальное увеличение ее относительно стационарного уровня не превышает значения два, а минимальное уменьшение обратно пропорционально половинному значению скачка интенсивности помехи. Для случая последетекторной межпериодной обработки приведена численная оценка значений вероятности ложной тревоги. Заключение. Полученные результаты показывают, что относительное изменение решающей статистики пропорционально скачку интенсивности помехи и соответствующему изменению вероятности ложной тревоги и приводит к необходимости принятия мер по ее стабилизации.
Бесплатно
Статья научная
В настоящий момент системы информирования о дорожном движении требуют агрегирования больших данных для предоставления рекомендаций транспортным средствам в действующих условиях, что приводит к повышению комфорта пользователей. Основным инструментом повышения уровня безопасности стало своевременное информирование участников движения о текущей ситуации на дороге, погодных условиях и т. п. В этом случае если объект сети будет подвержен атаке и данные при передаче будут заменены, то по всей зоне видимости сегмента VANET возможно раскрытие конфиденциальной информации, создание аварийных ситуаций и т. д. В этой связи наиболее остро встает вопрос обеспечения безопасности, в том числе при передаче трафика, и проведения дополнительного анализа больших данных об аномалиях и проводимых несанкционированных действиях. Цель исследования. Разработать гибридную модель эффективного размещения исходных и промежуточных данных в беспроводных транспортных сетях с динамической топологией VANET, являющуюся по сути структурным представлением программно-конфигурируемой сети и инструментов проведения граничных вычислений, с возможностью оптимально относительно времени анализировать данные узлов сети и выявлять аномалии. Методы. Рассмотренный подход Edge computing состоит в расположении вычислительных мощностей в географически распределенных вычислительных устройствах ближе к конечным пользователям. Программно-конфигурируемые сети SDN передают часть функций управления и физической передачи с маршрутизаторов и коммутаторов, уменьшая нагрузку. В рамках данного исследования разработан алгоритм RD - протокол передачи и обработки промежуточных данных. Для проведения кластеризации ТС на сегменте сети использован метод обучения без учителя DBSCAN. Предварительный анализ аномального трафика проведен на основе моделей нейронных сетей RNN с кратковременной памятью. Результаты. Разработанная гибридная модель эффективного размещения исходных и промежуточных данных позволяет быстрее реагировать на несанкционированные действия. Заключение. Результаты, полученные в ходе проведенного исследования, подтверждают необходимость внедрения и масштабирования гибридной модели с граничными вычислениями на практике.
Бесплатно
Защита облачной базы персональных данных с использованием гомоморфного шифрования
Статья научная
Обоснована возможность использования гомоморфного шифрования для защиты облачной базы персональных данных при соблюдении действующих нормативных правовых актов по защите персональных данных. Рассмотрены существующие варианты реализации алгоритмов гомоморфного шифрования. Обоснован амбивалентный подход к использованию виртуального сервера для хранения персональных данных и других ценных информационных активов организации на основе гомоморфного шифрования и ГОСТ Р 34.12-2015 «Информационная технология. Криптографическая защита информации. Блочные шифры». Проведен анализ экономической эффективности обоснованной модели в организации без использования и с использованием облачных технологий. Обоснованный подход не только соответствует всем требованиям российского законодательства по персональным данным, но и дает возможность получить экономическую выгоду, позволяя масштабировать сервер с меньшими затратами.
Бесплатно
Излучатель фар системы беспроводной передачи данных нового поколения
Статья научная
В настоящее время наблюдается непрерывный рост потребностей абонентов телекоммуникационных компаний в обмене ресурсоёмким контентом (например, потоковым видео высокого качества), что обуславливает необходимость увеличения, в первую очередь, пропускной способности канала связи и наращивания скорости передачи данных. Системы мобильной связи 3-го и 4-го поколения (3G и 4G) практически исчерпали свои возможности по повышению скорости передачи данных. Решением данной проблемы является переход от традиционного сантиметрового диапазона радиоволн к миллиметровому. В связи с этим рассматривается вопрос разработки конструкции волноводно-щелевого излучателя на базе стандартного волновода миллиметрового диапазона WR-15 для построения фазированных антенных решеток (ФАР) оборудования беспроводной высокоскоростной передачи данных диапазона 60 ГГц. Электромагнитное моделирование резонансного и нерезонансного волноводно-щелевого излучателей проводилось в пакете HFSS от компании Ansys. Приводятся диаграммы направленности для рассмотренных типов излучателей, частотные зависимости коэффициента стоячей волны по напряжению и коэффициента усиления, а также определены рабочие полосы частот предлагаемых конструкций. Полученные результаты показывают, что на основе простых конструкций возможен синтез многофункциональных широкополосных антенных устройств.
Бесплатно
К вопросу получения объемных изображений в рентгеновской компьютерной томографии
Статья научная
Статья посвящена методам получения объемных изображений в рентгеновской компьютерной томографии. Описан метод томографического исследования, начиная со сканирования объекта исследования измерительной системой - томографом, и заканчивая выводом полученной информации на экран. Приведен анализ существующих методов реконструкции (восстановления) изображений по проекционным данным, включая «классическую» реконструкцию в веерном пучке излучения и трехмерную реконструкцию в конусном пучке излучения. В частности, как самые распространённые, рассматриваются метод обратного проецирования с фильтрацией сверткой при веерной схеме сканирования и алгоритм Фельдкампа при конусной схеме сканирования. Дан сравнительный анализ вычислительных затрат для двумерной и трёхмерной реконструкции. Авторы отмечают, что получение непосредственно трехмерного массива данных при трехмерной реконструкции изображений не только ведет к уменьшению необходимого количества вычислений, но и может эффективно использоваться при дальнейшей обработке и объемной визуализации. Рассматриваются различные методы визуализации трехмерных массивов данных, используемые в рентгеновской компьютерной томографии. Приведены достоинства и недостатки каждого метода. Дано подробное описание алгоритма объемной визуализации (объемного рендеринга) как наиболее предпочтительного метода визуализации трехмерных данных.
Бесплатно
